西安交通大學(xué)電力設(shè)備與電氣絕緣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、西安交通大學(xué)陜西省智能電網(wǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員張立石、梁得亮、劉樺、柳軼彬、李大偉，在2021年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊2上撰文，針對(duì)混合式配電變壓器故障情況下的變壓器故障和電力電子故障的辨識(shí)問(wèn)題，提出了一種基于小波變換和邏輯斯蒂回歸的混合式配電變壓器故障辨識(shí)方法。該故障辨識(shí)方法能夠正確地辨識(shí)出是發(fā)生了變壓器內(nèi)部故障還是電力電子故障，大大地提高了混合式配電變壓器運(yùn)行過(guò)程中的可靠性和穩(wěn)定性。

近年來(lái)，隨著配電網(wǎng)智能化建設(shè)水平的提高，配電系統(tǒng)的運(yùn)行與控制將受到大量不確定因素的影響。由于將來(lái)大量的直流設(shè)備會(huì)接入配電網(wǎng)中，給配電網(wǎng)的電能質(zhì)量的治理帶來(lái)新的困難。

針對(duì)配電網(wǎng)中出現(xiàn)的電能質(zhì)量、諧波、電壓跌落等問(wèn)題，有學(xué)者就提出利用混合式配電變壓器（Hybrid Distribution Transformer, HDT）來(lái)解決。西安交通大學(xué)科研人員研究的混合式配電變壓器實(shí)現(xiàn)了配電變壓器與電力電子裝置的集成一體化，不僅能夠在未來(lái)智能配電網(wǎng)中代替?zhèn)鹘y(tǒng)配電變壓器實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率補(bǔ)償、諧波治理、電壓調(diào)節(jié)等功能，同時(shí)使二者協(xié)調(diào)工作，方便維護(hù)，總體成本較低，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用更加方便。

混合式配電變壓器主體仍為傳統(tǒng)配電變壓器，通過(guò)并聯(lián)電力電子器件實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸功率的調(diào)節(jié)，因此可用于配電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)切除電力電子器件，混合式配電變壓器仍可作為傳統(tǒng)配電變壓器使用。

然而電力電子裝置的可靠性和使用壽命都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)配電變壓器，混合式配電變壓器作為一種新型的配電變壓器，目前沒(méi)有相關(guān)的研究來(lái)鑒別混合式配電變壓器的電力電子故障和變壓器故障，所以混合式配電變壓器發(fā)生電力電子故障的時(shí)候就會(huì)觸發(fā)繼電保護(hù)。如果能夠針對(duì)混合式配電變壓器的故障做出正確的辨識(shí)，當(dāng)發(fā)生電力電子故障的時(shí)候，及時(shí)地切除電力電子裝置，使混合式配電變壓器仍工作在傳統(tǒng)變壓器工況，就能大大地提高混合式配電變壓器運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

鑒于變壓器本身客觀存在的非線性特性和模糊狀態(tài)，近年來(lái)隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外學(xué)者不斷地將模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波變換、機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等智能技術(shù)應(yīng)用到變壓器故障辨識(shí)領(lǐng)域。

然而目前幾乎沒(méi)有學(xué)者針對(duì)混合式配電變壓器同時(shí)做變壓器和電力電子裝置的相關(guān)故障辨識(shí)研究工作。發(fā)生在混合式配電變壓器中的變壓器內(nèi)部故障和電力電子裝置故障在很多情況下具有很大的相似性，所以如何正確地辨識(shí)混合式配電變壓器的電力電子故障和變壓器內(nèi)部故障就成為一個(gè)制約混合式配電變壓器使用可靠性和穩(wěn)定性的難點(diǎn)問(wèn)題。

西安交通大學(xué)的科研人員在利用各種人工智能方法研究傳統(tǒng)配電變壓器故障的基礎(chǔ)上，提出了一種基于小波變換和邏輯斯蒂回歸的混合式配電變壓器故障辨識(shí)方法。一共考慮五個(gè)種類(lèi)的混合式配電變壓器故障類(lèi)型，分別為相間短路故障、匝地短路故障、單相匝間短路故障、IGBT短路故障和IGBT開(kāi)路故障。

研究人員首先通過(guò)搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)波形與仿真波形的對(duì)比，驗(yàn)證了仿真模型得到的數(shù)據(jù)的正確性和有效性。然后通過(guò)在Simulink中搭建的混合式配電變壓器仿真模型遍歷運(yùn)行不同的故障參數(shù)，獲得了大量的不同類(lèi)型的故障數(shù)據(jù)。接著將故障數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)四層離散小波變換，將小波域下的第四層小波分解的歸一化能量與歸一化能量矩和第二層小波分解的樣本熵作為原始時(shí)域信號(hào)在小波域下的三個(gè)特征，組成特征向量輸入邏輯斯蒂回歸模型中。

他們根據(jù)給定的損失函數(shù)，利用梯度下降法完成機(jī)器學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練過(guò)程，得到了受試看工作特征（Receiver Operator Characteristic, ROC）曲線和測(cè)試集混淆矩陣表現(xiàn)較好的混合式配電變壓器故障辨識(shí)模型。最后多次通過(guò)隨機(jī)抽取數(shù)據(jù)的方式測(cè)試出得到的模型故障辨識(shí)準(zhǔn)確率。

研究結(jié)果表明，當(dāng)混合式配電變壓器發(fā)生故障時(shí)，所提出的基于四層離散小波變換和歸一化能量矩等特征提取方法能夠有效地提取混合式配電變壓器在兩種不同故障情況下的特征信號(hào)在小波域下的特征，并且具有很好的可區(qū)分性；構(gòu)建的訓(xùn)練后的邏輯斯蒂回歸分類(lèi)器在故障數(shù)據(jù)集上對(duì)于混合式配電變壓器故障辨識(shí)多次測(cè)試的準(zhǔn)確率均在90%左右，能夠有效地辨識(shí)出混合式配電變壓器故障情況下的故障類(lèi)型，提高了混合式配電變壓器運(yùn)行過(guò)程中的可靠性和穩(wěn)定性。

本文編自2021年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊2，論文標(biāo)題為“基于小波變換與邏輯斯蒂回歸的混合式配電變壓器故障辨識(shí)”，作者為張立石、梁得亮 等。